李巖 張建新 劉舉

摘? 要：在新工科的人才培養(yǎng)體系下，根據(jù)城市地下工程特色專業(yè)的工程教育目標(biāo)和地下混凝土課程的“地下”特點(diǎn)，深入分析討論了多種培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的方法，進(jìn)而從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核途徑等方面對(duì)課程進(jìn)行了全方位探索和實(shí)踐。課程建設(shè)改革后的學(xué)生反饋調(diào)查表明：學(xué)生對(duì)城市地下空間工程的認(rèn)知理解程度明顯提高，具備了一定的分析解決實(shí)際工程問題的能力。相關(guān)改進(jìn)措施能夠使學(xué)生在課程中更好地發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力，有利于實(shí)現(xiàn)新工科體系下的特色專業(yè)工程教育建設(shè)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：新工科;工程教育;地下混凝土結(jié)構(gòu);城市地下空間工程;課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G640? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）17-0072-04

Abstract： In the new engineering talents cultivation system， some methods of cultivating students' engineering application ability are analyzed and discussed， by which according to the engineering education goals of urban underground engineering specialty and the "underground" characteristics of underground concrete. Furthermore， the course is explored and practiced comprehensively from the teaching contents， teaching methods and assessment approaches. The feedback survey of students after the reform of curriculum construction shows that： the students' cognitive understanding of urban underground engineering has improved significantly， and their ability to analyze and solve practical engineering problems has also been improved. These measures can mobilize students' subjective initiative in learning this course. Therefore， curriculum construction is conducive to the realization of the special professional engineering education construction goals under the new engineering system.

Keywords： new engineering; engineering education; underground concrete structure; urban underground engineering; curriculum development

在新一輪產(chǎn)業(yè)變革和“中國制造2025”等重大國家戰(zhàn)略實(shí)施的背景下，各類高校的人才培養(yǎng)方向逐漸向培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新型、復(fù)合型和專業(yè)型人才發(fā)展，“新工科”建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生，指引著各工科專業(yè)的改革方向。

城市地下空間工程專業(yè)是國內(nèi)部分高校于本世紀(jì)初在土木工程專業(yè)基礎(chǔ)上所設(shè)立的一門戰(zhàn)略新興專業(yè)，該專業(yè)的人才基本培養(yǎng)目標(biāo)為：了解城市地下空間工程專業(yè)的發(fā)展與動(dòng)態(tài)，掌握城市地下空間工程專業(yè)的設(shè)計(jì)、施工等最新發(fā)展的理論與技術(shù)，能承擔(dān)本專業(yè)科研或工程生產(chǎn)的能力[1-2]。

地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程是城市地下空間工程專業(yè)的專業(yè)核心課之一。該課程要求學(xué)生在已經(jīng)掌握混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能，以及混凝土構(gòu)件拉、壓、彎、剪、扭等各種受力性能的基本原理及其計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)地下混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和施工圖繪制等知識(shí)。因此，本課程是一門理論性與實(shí)踐性并重的課程。其目標(biāo)是使本專業(yè)學(xué)生能夠掌握地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理，具有地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步能力，為城市地下空間工程專業(yè)學(xué)生掌握地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力打下基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)授課方式的局限性及原因分析

基于“新工科”工程教育體系下的人才培養(yǎng)目標(biāo)，該課程是城市地下空間工程專業(yè)學(xué)生將所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際地下工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但在實(shí)際教學(xué)當(dāng)中，個(gè)人體會(huì)該課程的教學(xué)目的并未完全體現(xiàn)。主要問題包括：

（一）理論與實(shí)際結(jié)合不夠緊密，工程應(yīng)用環(huán)節(jié)內(nèi)容偏少

該課程中，理論體系復(fù)雜、計(jì)算公式繁瑣、國家和部門規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求眾多，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中時(shí)常感到茫然，學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性也隨之降低。事實(shí)上，地下混凝土課程屬于實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，其理論體系與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密相連。在教與學(xué)的過程中，如果一味地進(jìn)行理論知識(shí)授課，加之脫離實(shí)際的灌輸，很可能會(huì)使學(xué)生無法透徹理解地下混凝土結(jié)構(gòu)所闡述的基本知識(shí)和基本理論，而無法達(dá)到所預(yù)期的教學(xué)效果。例如，在地下混凝土結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計(jì)中，許多學(xué)生由于不清楚基本概念和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，只是簡單地照搬設(shè)計(jì)模板，甚至抄襲其他同學(xué)的設(shè)計(jì)，致使設(shè)計(jì)書和圖紙中出現(xiàn)很多明顯的原則性錯(cuò)誤。

（二）專業(yè)針對(duì)性體現(xiàn)不明顯

地下混凝土結(jié)構(gòu)雖然與地上結(jié)構(gòu)有類似之處，但仍具有很多自身特點(diǎn)。比如：地下混凝土結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算時(shí)會(huì)著重考慮開裂影響;地下結(jié)構(gòu)水平荷載以側(cè)向水土壓力為主，而地上結(jié)構(gòu)水平荷載大多考慮風(fēng)荷載;地下結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行基坑底部的抗隆起和抗傾覆驗(yàn)算，而地上結(jié)構(gòu)則較少考慮等[3]。然而，至今未見適用于城市地下空間工程專業(yè)混凝土課程的教材出版問世，地下結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)在本課程教學(xué)中并未得到明顯體現(xiàn)。

（三）研究性、前沿性內(nèi)容較少，部分授課內(nèi)容偏舊

作為畢業(yè)之后主要從事地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的本科生而言，有必要了解當(dāng)前地下工程界的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)。但目前地下混凝土設(shè)計(jì)課程中，教學(xué)內(nèi)容仍以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式和經(jīng)典解析法計(jì)算為主，而對(duì)現(xiàn)代地下工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛使用的數(shù)值分析方法，課上的講解寥寥無幾[4]。例如，國內(nèi)外大型基坑工程中廣泛應(yīng)用大直徑多層環(huán)撐等新式支護(hù)結(jié)構(gòu)，但課堂中的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例還局限于傳統(tǒng)的懸臂式擋土墻，教學(xué)內(nèi)容顯然已不能適應(yīng)日益復(fù)雜的實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工要求。

（四）考核形式較為單一，考核范圍主要局限在課本上的內(nèi)容

考試中試題主要來源于普通混凝土結(jié)構(gòu)教材中的章節(jié)習(xí)題，如梁板結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，而由于目前還沒有專門的地下混凝土結(jié)構(gòu)教材，使得考試題目缺乏針對(duì)性。另一方面，地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐與理論緊密結(jié)合的課程，僅通過考試分?jǐn)?shù)來評(píng)價(jià)學(xué)生的優(yōu)劣過于主觀，而且不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。同時(shí)，學(xué)生分析問題的能力、繪制施工圖的水平、理解運(yùn)用規(guī)范等綜合能力也無法通過簡單的考試獲得明顯提升。

上述問題，都可能影響學(xué)生對(duì)地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)的掌握、理解和運(yùn)用。一方面，這與廣大教師傳統(tǒng)的“教與學(xué)”理念有關(guān);另外，我們同樣要關(guān)注課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。因此，作者認(rèn)為深入探討和改進(jìn)地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法具有很現(xiàn)實(shí)的研究意義。在此背景下，作者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核途徑等方面，對(duì)地下混凝土結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行了持續(xù)四年的改進(jìn)實(shí)踐，使城市地下空間工程專業(yè)的學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程，能夠有效提高自身專業(yè)能力。

二、課程建設(shè)改革內(nèi)容

（一）改革思路

針對(duì)教學(xué)中存在的問題，作者所在的地下建筑結(jié)構(gòu)課程組對(duì)地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行了較為深入的研究，力求以問題為導(dǎo)向，對(duì)標(biāo)工程教育標(biāo)準(zhǔn)，找出該課程的“特色”和“亮點(diǎn)”;反復(fù)探討課程理論教學(xué)中適當(dāng)引入混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)試驗(yàn)的可能性;優(yōu)化調(diào)整教材內(nèi)容，提高地下空間專業(yè)授課內(nèi)容的專業(yè)性和針對(duì)性;嘗試在課程中增加施工新技術(shù)新方法等內(nèi)容所占比例，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和獨(dú)立思考問題的能力;改進(jìn)考核方式，構(gòu)建以考試為主、多種考核方式并舉的學(xué)習(xí)衡量體系;探求培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的方法，達(dá)到培養(yǎng)“應(yīng)用型”人才的最終目標(biāo)。

（二）改革的主要內(nèi)容

在上述思路的引導(dǎo)下，課程組遵循基本教學(xué)規(guī)律，從課程的教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂授課和考核方式等角度進(jìn)行了全面的探索和改進(jìn)，課程建設(shè)改革思路（見圖1）。

課程建設(shè)中，課程組主要做了如下具體工作：

1. 突出課程的特色內(nèi)容。堅(jiān)持理論緊密結(jié)合工程實(shí)踐的原則進(jìn)行授課，建立具有城市地下工程特點(diǎn)的教與學(xué)體系。一方面，在普通混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的教材基礎(chǔ)上，刪減部分與地下工程關(guān)系不密切、非核心教學(xué)內(nèi)容的章節(jié);另一方面，依托近年來學(xué)校地下空間專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)單位，課程組老師多方聯(lián)絡(luò)資源，提供了許多京津冀區(qū)域城市地下工程的相關(guān)工程案例作為教學(xué)內(nèi)容。課程組整理制作了近700分鐘的工程演示視頻，并購置多套地下工程模型教具（見圖2），將具有本地區(qū)地域特色的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工案例引入課堂。

例如：在授課中，結(jié)合天津地區(qū)濱海軟土廣泛分布的地質(zhì)條件，增加了軟土地層基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道等結(jié)構(gòu)類型的荷載、內(nèi)力計(jì)算、變形等問題的案例分析和計(jì)算例題;向?qū)W生介紹復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)相關(guān)工程（天津站后廣場地下空間、天津文化中心綜合地下工程、濱海新區(qū)濱海高鐵站（原于家堡站）地下交通樞紐工程等）的設(shè)計(jì)思路;此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還嘗試在不同章節(jié)的授課中，引入BIM、數(shù)值模擬計(jì)算等內(nèi)容，開拓了學(xué)生分析解決問題的思路，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知度，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考解決實(shí)際工程問題的能力。

2. 改革教學(xué)手段。嘗試將理論教學(xué)與混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)試驗(yàn)相結(jié)合，把從向?qū)W生傳授理論知識(shí)的模式由“板書+PPT”模式的灌輸定義、公式，逐漸轉(zhuǎn)變到“課堂講授+試驗(yàn)演示+課后線上輔導(dǎo)”模式的多角度知識(shí)鞏固體系。理論課程教學(xué)完成后，會(huì)加入相關(guān)的室內(nèi)或現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，有助于學(xué)生形象理解設(shè)計(jì)概念和相關(guān)規(guī)范，并能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)思考和實(shí)踐動(dòng)手能力的共同提高。學(xué)生在課上如果有不理解的內(nèi)容，可在學(xué)校教務(wù)MOOC平臺(tái)觀看課程回放，還可通過“學(xué)習(xí)通”學(xué)習(xí)平臺(tái)與授課教師直接溝通，教師會(huì)及時(shí)進(jìn)行線上答疑。

例如：在“梁板式地下結(jié)構(gòu)”的授課過程中，授課教師在課堂上增加矩形截面梁受力破壞試驗(yàn)的視頻演示內(nèi)容，形象地展現(xiàn)了梁截面受力全過程應(yīng)力分布及剛度變化情況，幫助學(xué)生對(duì)該問題進(jìn)行理解和掌握;同時(shí)，帶學(xué)生走進(jìn)學(xué)校工程實(shí)訓(xùn)中心，在試驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生親自操作相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備，親身觀察結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各類荷載組合作用下變形和裂縫發(fā)展與受力變化情況。

3. 改進(jìn)課程考核方式和評(píng)價(jià)機(jī)制。課程組構(gòu)建了以結(jié)課考試為主，小組討論和案例分析等多項(xiàng)考核方式并舉的考核體系。將結(jié)課考試改為“分章節(jié)測驗(yàn)+綜合能力測試”;考核形式也進(jìn)行靈活把握，對(duì)于不同章節(jié)，根據(jù)所講內(nèi)容不同分別采用開卷和小論文等多種形式進(jìn)行考核。具體考核內(nèi)容和考核形式（見表1）。

在考試內(nèi)容和形式上，把握“地下工程”的特色，力求實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程素養(yǎng)的提高，鍛煉學(xué)生掌握、理解和合理運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。在考核評(píng)判的機(jī)制上，確立了以準(zhǔn)確理解基本概念、全面深入分析實(shí)際問題、采取恰當(dāng)計(jì)算方法，以及創(chuàng)新性解決思路等基本標(biāo)準(zhǔn)。最后，課程組老師統(tǒng)一對(duì)考核中表現(xiàn)出專業(yè)應(yīng)用能力強(qiáng)、具有一定創(chuàng)新性的同學(xué)進(jìn)行綜合評(píng)定，在教學(xué)大綱的框架內(nèi)對(duì)表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生給予適當(dāng)?shù)募臃知?jiǎng)勵(lì)。

三、課程建設(shè)改革反饋和改進(jìn)

課程建設(shè)的效果如何，可通過學(xué)生工程素養(yǎng)和學(xué)習(xí)能力的提高得以反饋。通過改革，學(xué)生的專業(yè)知識(shí)得到了提高，創(chuàng)新能力和獨(dú)立分析問題的能力也有了長足進(jìn)步，這從考察學(xué)生專業(yè)綜合能力的畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到明顯體現(xiàn)，本專業(yè)畢設(shè)指導(dǎo)教師普遍反映：改革后的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中分析實(shí)際工程問題的能力比改革前的學(xué)生有了明顯提升。2015-2019年，課程組連續(xù)對(duì)城市地下空間工程專業(yè)2012級(jí)（改革前）、2013級(jí)、2014級(jí)、2015級(jí)學(xué)生進(jìn)行了地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)情況滿意度問卷調(diào)查分析。通過學(xué)生的反饋看，改革后學(xué)生對(duì)課程的滿意程度明顯提高，（滿意度由改革前的85%提高到改革四年間平均91.6%），90%以上的學(xué)生對(duì)授課方式和考核方式滿意或比較滿意。

課程組對(duì)調(diào)查問卷中選擇不滿意的原因也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，選擇不滿意的原因最多的依次是：缺少專門的地下混凝土結(jié)構(gòu)教材、課程安排時(shí)間過緊和考核內(nèi)容偏難等。課程組秉承持續(xù)改進(jìn)的原則，在后續(xù)教學(xué)中針對(duì)學(xué)生反映的問題，從授課內(nèi)容到講課方法不斷地進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。隨著本科專業(yè)認(rèn)證工作在本校土木工程專業(yè)有序開展，本課程組未雨綢繆，積極向土木工程專業(yè)看齊，對(duì)標(biāo)專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，不斷加強(qiáng)城市地下空間工程專業(yè)課程教學(xué)的過程控制和持續(xù)改進(jìn)，提前采用課程達(dá)成度指標(biāo)進(jìn)一步量化評(píng)估教學(xué)效果，為課程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

在當(dāng)前大力建設(shè)“新工科”工程教育體系的大背景下，對(duì)于地下混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這門特色專業(yè)課，課程組找準(zhǔn)自身普通本科高校特色專業(yè)的定位，牢牢把握課程的“地下”特色，以問題為導(dǎo)向，進(jìn)行了針對(duì)性的教學(xué)改革，制定了切實(shí)有效的課程教學(xué)和成果評(píng)價(jià)方案，解決了教學(xué)中存在的一些普遍問題，符合本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)以及社會(huì)對(duì)本專業(yè)的人才需求，初步實(shí)現(xiàn)了學(xué)生獨(dú)立思考能力和工程素養(yǎng)的齊頭并進(jìn)。作者提出的教學(xué)改革和實(shí)踐難免有欠妥之處，歡迎各位同仁批評(píng)指正。

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